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重陽子の励起状態の観測に成功 クォークの閉じ込め問題に迫る!

【発表のポイント】

  • 本研究で6つのクォークからなる重陽子の励起状態(ダイバリオン共鳴)(注1)の観測に成功
  • クォークの閉じ込め問題に新たな知見

【概要】

東北大学電子光理学研究センターの石川貴嗣助教、清水肇名誉教授、笠木治郎太名誉教授、東北大学大学院理学研究科の前田和茂名誉教授、高エネルギー加速器研究機構の小沢恭一郎准教授らによる同センターでの共同研究において、大強度の高エネルギー光子ビームを重水素標的に照射することで、 6つのクォークからなる重陽子の励起状態(ダイバリオン共鳴)の観測に成功しました。

この成果は強い力の重要な性質である「クォークの閉じ込め問題(注2)」について新たな知見を与えます。さらにダイバリオン共鳴の観測は、複数のクォークと反クォークから構成されるハドロンの中で新たな形態の存在を明らかにしただけでなく、原子核を束縛する核力の理解を深めるとともに、未だよく理解されていない核物質の状態方程式や中性子星の内部構造に対して極めて重要な情報をもたらします。

本研究の結果は、2019年1月4日に国際的な物理専門誌「Physics Letters B」にオンライン出版されました。

【用語説明】

(注1)重陽子の励起状態(ダイバリオン共鳴)

エネルギーが最低の定常状態を基底状態、そうでない状態を励起状態といいます。陽子と中性子が緩く結合した重陽子は、最も小さな原子核の一つですが、原子核としての励起状態はありません(エネルギーを高くすると陽子と中性子にすぐに分裂します)。しかしながら極端にエネルギーを高くした時には準安定な共鳴状態となります。このような共鳴状態はクォーク数が6つの状態なので、バリオン(クォーク数3つのハドロン) 2つ分ということでダイバリオンと呼ばれます。

(注2)クォークの閉じ込め問題

クォークや反クォークは単独で取り出すことができず、つねに複数のクォークと反クォークで構成される粒子の中に閉じ込められています。この事実を「クォークの閉じ込め」とよび、複数のクォークと反クォークで構成される粒子の総称を「ハドロン」と呼びます。「クォークの閉じ込め」は実験の技術的な問題によるのではなく、強い力の本質に根ざす原理的問題と考えられています。量子色力学とよばれる場の量子論の枠組みで説明できると考えられていますが、その機構は未解決問題の一つとなっています。

詳細(プレスリリース本文)PDF

図:高エネルギー光子ビームによる重陽子標的からのダイバリオンの生成

問い合わせ先

<研究に関すること>
東北大学電子光理学研究センター
教授 大西 宏明(おおにし ひろあき)
電話: 022-743-3423
E-mail:ohnishi*lns.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

<報道に関すること>
東北大学大学院理学研究科 広報・アウトリーチ支援室
電話:022−795−5572、022-795-6708
E-mail:sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えてください)

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